數控加工雖然仍然屬于金屬切削加工的范疇, 但有其自身的特點, 主要表現為自動化程度高、連續加工過程較長、對刀所花費時間相對傳統加工復雜與費時。因此, 在加工刀具與切削參數選擇上存在許多值得思考的問題。 刀具結構與選擇 (1) 刀具的結構 刀具按其結構形式不同可分為整體式、焊接式、機夾式及機夾可轉位式, 如圖1所示。近年來, 純粹的機夾式刀具已不多見, 市場幾乎由機夾可轉位式刀具統治。a) 整體式車、銑刀 b) 焊接式車、銑刀 c) 機夾可轉位式車、銑刀 (2) 選擇技巧與禁忌 1) 刀具的結構形式與刀具材料有關。高速鋼材料多制作成整體式結構, 而硬質合金材料多制成機夾式與焊接式結構。 2) 刀具的結構形式與切削刃的復雜程度有關。一般切削刃復雜時多采用整體結構, 如螺旋容屑槽的立式銑刀、麻花鉆和鉸刀等多制成整體式結構, 硬質合金的焊接式刀具的切削刃盡可能做成直槽或較小的螺旋角。機夾式刀具刀片的切削刃一般制作得較為簡單。 3) 刀具的結構形式與刀具的結構尺寸有關。小型的刀具一般做成整體式, 而較大尺寸的刀具一般做成機夾式, 如面銑刀多為機夾可轉位式。 4) 刀具的結構形式與生產綱領有關。單件或單件小批量生產可以考慮用整體式刀具,批量生產盡可能使用機夾可轉位刀具。 5) 整體式刀具損壞更換新刀具時換刀與調整時間較長, 而機夾可轉位式刀具的轉位與更換時間較短, 且基本不用重新調整, 只需改變刀具補償值就可很快調整至滿足要求, 因此, 數控加工建議盡可能采用機夾可轉位的結構形式。 6) 焊接式刀具由于存在焊接內應力, 且刀具報廢后刀桿基本不重復使用, 因此實際生產中盡可能少用這種形式。
刀具切削部分的材料與選擇 按刀具結構, 任何刀具基本上可分為兩部分: 刀頭與刀體(或刀桿)。刀體(或刀桿)多采用價格稍便宜的合金工具鋼或碳素結構鋼, 而刀頭是直接參與切削的部分, 其材料選擇是加工者感興趣的內容。1． 刀具切削部分的常用材料 刀具切削部分的常用材料有高速鋼和硬質合金。另外, 超硬的陶瓷材料、立方氮化硼、金剛石等也有所應用。刀具涂層技術近年來應用較為普遍, 取得了較好的效果。 (1) 高速鋼 高速鋼是在合金鋼中加入較多的鎢、鉻、鉬和釩等合金元素的一種刀具材料。應用較為廣泛的是W18Cr4V, 這種鋼有較好的綜合性能, 可制造各種復雜的刀具,在國內應用較為廣泛。W6Mo5Cr4V2 是增加了鉬減少了鎢元素的一種高速鋼, 其抗彎強度和沖擊韌度都高于W18Cr4V, 并具有較好的熱塑性和磨削性能, 適合制作抵抗沖擊的刀具。另外, 針對一些特殊要求還開發出了部分高性能高速鋼材料。 (2) 硬質合金 硬質合金是由硬度和熔點很高的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NeC 等) 和金屬粘結劑(鈷Co、鎳Ni、鉬Mo 等) 以粉末冶金的方式燒結而成的一種高性能刀具材料。常用的硬質合金材料有鎢鈷類(YG 類)、鎢鈷鈦類(YT 類) 和通用硬質合金類(YW 類) 三大類, 對應ISO 標準的K、P、M 類硬質合金。TG類硬質合金適合加工鑄鐵及有色金屬材料, YT 類硬質合金適合加工碳鋼或合金鋼類的材料,而YW 類硬質合金可加工鑄鐵、有色金屬和鋼料等。 (3) 超硬類材料 隨著加工技術的發展, 人們研究出許多超硬的刀具材料, 如陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶立方氮化硼(PCBN) 和金剛石。這些刀具材料多用于特殊場合,如高速切削、干切削、難加工材料的切削、以車代磨等。這些材料的價格一般較高, 且切削參數與過程不易掌握, 對機床的剛性與切削速度甚至刀具刃磨等都有一定要求, 常規加工中應用不多。(4) 刀具涂層 刀具表面涂層是提高刀具性能的重要方法之一, 近年來應用較為廣泛。 常用的涂層材料有碳化鈦TiC、氮化鈦TiN 和三氧化二鋁Al2O3, 單層涂層刀片使用較少,一般都采用TiC-TiN 雙層復合涂層或TiC-Al2O3-TiN 三層復合涂層的技術。硬質合金刀片表面涂層處理后其刀具壽命可提高數倍。涂層技術不僅用于硬質合金刀片等, 還在高速鋼整體式銑刀或鉆頭的切削部分有所應用。
2． 選擇技巧 1) 機夾可轉位刀具是數控加工的刀具, 因此, 刀具材料一般優先選擇硬質合金刀具材料, 如果可能的話, 盡量選擇涂層刀片。 2) 對于可能涉及自行修磨的刀具, 主要選擇高速鋼刀具材料。 3) 如有特殊需要可考慮選擇超硬類刀具材料, 必要時, 必須先進行工藝試驗。 4) 盡可能選擇行業內有一定影響力的品牌刀具, 且盡量固定使用某一品牌, 這對于掌握刀具材料的性能、充分發揮刀具材料的性能有幫助。
